JP2016010904A

JP2016010904A - 繊維構造体成形装置

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Publication number: JP2016010904A
Application number: JP2014133242A
Authority: JP
Inventors: 田原　良祐; Ryosuke Tawara; 良祐田原; 忠司魚住; Tadashi Uozumi; 章夫大谷; Akio Otani
Original assignee: Murata Machinery Ltd; Gifu University NUC
Current assignee: Murata Machinery Ltd; Gifu University NUC
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-01-21
Also published as: DE102015110322A1; US20150375447A1

Abstract

【課題】金型を用いることなく繊維構造体を成形することができ、簡便に繊維構造体を成形することが可能な繊維構造体成形装置を提供する。
【解決手段】繊維構造体成形装置１・２・３は、巻付装置１０・５０・６０と、巻付装置１０・５０・６０から芯材１００に向かって走行している繊維束Ｆ１・Ｆ２に対して張力Ｔを付与する張力付与装置１８・５５・６４と、繊維束Ｆ１・Ｆ２に対して張力付与装置１８・５５・６４による張力Ｔが作用する所定の加熱領域Ｘ内で、繊維束Ｆ１・Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂を溶融させる加熱装置３０・７０・８０と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、繊維構造体成形装置に関する。

特許文献１に記載の装置は、芯材の外周面に熱可塑性樹脂で被覆或いは含浸された繊維束を巻き付けた後、前記熱可塑性樹脂を溶融させると共に、前記繊維束を金型でプレスすることで、前記繊維束から繊維構造体を成形していた。

しかし、繊維構造体の目標形状、目標寸法等が変更される毎に、これに合わせて金型の形状を変更しなければならず、煩雑であった。

また、前記繊維束を構成する各繊維は密に近接しているわけではなく、各繊維の間には隙間が存在している。これにより、前記熱可塑性樹脂を溶融させたときに、溶融した熱可塑性樹脂は、この隙間に流動していき、前記熱可塑性樹脂が元々存在していた領域が空所となってしまう。その結果、前記繊維束は空所を有するスカスカの状態になり、また、前記繊維束と前記芯材の外周面との間には隙間が発生してしまう。前記特許文献１に記載の装置は、この状態の前記繊維束を金型でプレスするので、繊維構造体にしわを生じさせてしまうおそれがあった。

特開平７−９５９７号公報

本発明は、金型を用いることなく繊維構造体を成形することができ、簡便に繊維構造体を成形することができる繊維構造体成形装置を提供する。

第１の発明は、
熱可塑性樹脂が付着された繊維束を芯材の外周面に巻き付ける巻付装置と、
前記巻付装置により前記繊維束が前記芯材の外周面に巻き付けられているときに、前記巻付装置から前記芯材に向かって走行している前記繊維束に対して張力を付与する張力付与装置と、
前記繊維束に対して前記張力付与装置による張力が作用する所定の加熱領域内で、前記繊維束に付着された前記熱可塑性樹脂を溶融させる加熱装置と、
を備える。

第２の発明においては、
前記加熱領域は、前記巻付装置から供給された前記繊維束が前記芯材の外周面に到達する到達位置、及び前記到達位置の周辺の領域である。

第３の発明においては、
前記巻付装置は、ブレイダー、フィラメントワインディング装置のフープ巻装置、又は、フィラメントワインディング装置のヘリカル巻装置である。

第４の発明においては、
前記加熱領域内で、前記加熱装置により前記繊維束に付着された前記熱可塑性樹脂を溶融させると共に、前記加熱領域内で、前記繊維束に対して、前記張力付与装置による張力で前記芯材の外周面に締め付けるコンパクション力を付与することによって、前記繊維束から繊維構造体を成形する。

第５の発明においては、
前記繊維構造体に含浸された前記熱可塑性樹脂が溶融している所定の巻付領域内で、前記繊維構造体の外周面に対してテープ材を巻き付けるテープ材巻付装置を備える。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明によれば、加熱領域内で熱可塑性樹脂を溶融させることで、熱可塑性樹脂を溶融させて繊維束に含浸させるときに、コンパクション力を作用させることができる。コンパクション力は、繊維束を張力付与装置による張力で芯材の外周面に締め付ける力のことである。これにより、金型を用いることなく繊維構造体を成形することができ、簡便に繊維構造体を成形することが可能となる。

第２の発明によれば、到達位置、及び前記到達位置の周辺の領域で熱可塑性樹脂を溶融させることによって、熱可塑性樹脂を溶融させて繊維束に含浸させるときに、コンパクション力を作用させることができる。これにより、金型を用いることなく繊維構造体を成形することができ、簡便に繊維構造体を成形することが可能となる。

第３の発明によれば、ブレイダー、フィラメントワインディング装置のヘリカル巻装置、又は、フィラメントワインディング装置のフープ巻装置を用いて芯材の外周面に繊維束を巻き付ける場合でも、熱可塑性樹脂を溶融させて繊維束に含浸させるときに、コンパクション力を作用させることができる。これにより、金型を用いることなく繊維構造体を成形することができ、簡便に繊維構造体を成形することが可能となる。

第４の発明によれば、金型を用いることなく繊維構造体を成形することができ、簡便に繊維構造体を成形することが可能となる。

第５の発明によれば、繊維構造体の外周面に対してテープ材を巻き付けることで、繊維構造体の外周面が平坦になるように整えることが可能となる。
また、繊維構造体の外周面に対してテープ材を巻き付けることで、繊維構造体に対して熱可塑性樹脂を、より確実に含浸させることができ、かつ、繊維構造体の内部に、気泡や熱可塑性樹脂の未含浸部が生じることを、より確実に抑制することが可能となる。

ブレイダーの側面図。ブレイダーの正面図。ボビンキャリアを示す図。繊維束を示す図。繊維構造体成形装置の第一実施形態を示す概略構成図。（ａ）テープ材巻付装置を示す図、（ｂ）テープ材を巻き付けられた繊維構造体の断面図。新たな加熱装置とテープ材巻付装置とを用いて、繊維構造体の外周面にテープ材を巻き付けている状態を示す図。フィラメントワインディング装置の側面図。フープ巻装置の正面図であり、繊維構造体成形装置の第二実施形態を示す概略構成図。繊維構造体成形装置の第二実施形態を示す概略構成図。ヘリカル巻装置の正面図であり、繊維構造体成形装置の第三実施形態を示す概略構成図。繊維構造体成形装置の第三実施形態を示す概略構成図。

［第一実施形態］
繊維構造体成形装置の第一実施形態である繊維構造体成形装置１について説明する。

繊維構造体成形装置１は、ブレイダー１０と、張力付与装置１８と、加熱装置３０と、テープ材巻付装置３１と、を備える（図５参照）。

まず、ブレイダー１０について説明する。

図１及び図２に示すように、ブレイダー１０は、フレーム１１と、支持部材１２と、を有する。

フレーム１１には支持部材１２が固定されている。支持部材１２は、平板状に形成されており、中央に孔１２ａを有する。支持部材１２の孔１２ａに対しては、管状の芯材１００が対向配置されている。芯材１００には、支持軸１３を介して移動装置２３が接続されている。移動装置２３は、芯材１００を軸方向Ｍに移動させる。なお、本実施形態では、芯材１００が軸方向Ｍに移動するように構成するが、本発明はこれに限定されず、支持部材１２が軸方向Ｍに移動するように構成してもよい。

図２に示すように、支持部材１２の盤面には走行軌道Ｗ１・Ｗ２が設けられている。走行軌道Ｗ１・Ｗ２は、ボビンキャリア１４Ａ・１４Ｂの走行経路をそれぞれ構成する溝である。走行軌道Ｗ１・Ｗ２は、支持部材１２の孔１２ａを囲むように環状に形成される。
これら一対の走行軌道Ｗ１・Ｗ２は、周期的に交差するように構成されている。また、互いに交差する走行軌道Ｗ１・Ｗ２の全体形状は、芯材１００の軸回りに隣接して配置された複数の環Ｌを連結してなる形状となっている。

各環Ｌの内側には、羽車１５がそれぞれ配置されている。羽車１５は、環Ｌの周方向に回転可能に支持されている。
羽車１５の縁部には、ボビンキャリア１４Ａ・１４Ｂが係合可能な切欠部１６が複数形成されている。本実施形態では、四つの切欠部１６が環Ｌの周方向に９０度ずつ間隔を空けて設けられている。
各羽車１５には、ギヤ（不図示）がそれぞれ連結されており、隣接する羽車１５の前記ギヤ同士が噛合している。一つの前記ギヤには駆動装置（モータ）が接続されており、前記駆動装置が作動されることで、すべての前記ギヤが回転し、これに伴って、すべての羽車１５が同期して回転する。なお、隣接する羽車１５は互いに反対方向に回転する（図２参照）。
各ボビンキャリア１４Ａ・１４Ｂは、羽車１５の切欠部１６に係合しており、羽車１５が回転されることによって走行軌道Ｗ１・Ｗ２に沿って走行する。

図３に示すように、各ボビンキャリア１４Ａ（１４Ｂ）には、ボビン１５Ａ（１５Ｂ）がそれぞれ装着されている。各ボビン１５Ａ（１５Ｂ）には繊維束Ｆ１（Ｆ２）がそれぞれ巻き付けられている。各ボビンキャリア１４Ａ（１４Ｂ）には、各ボビン１５Ａ（１５Ｂ）の繊維束Ｆ１（Ｆ２）を案内するガイド部１７が設けられている。各繊維束Ｆ１（Ｆ２）は、各ボビンキャリア１４Ａ（１４Ｂ）から各ガイド部１７を介して引き出される。

図３に示すように、各ガイド部１７には、繊維束Ｆ１・Ｆ２に張力Ｔを付与する張力付与装置１８が設けられている。
各張力付与装置１８は、本体部１９と、ガイドローラ２０ａ・２０ｂ・２０ｃと、コイルスプリング２１と、を有する。本体部１９は、湾曲形状を有しており、フレーム２２に回動可能に取り付けられている。本体部１９の先端には、第二ガイドローラ２０ｂが取り付けられている。本体部１９の基端には、コイルスプリング２１の一端が取り付けられている。コイルスプリング２１の他端はフレーム２２に取り付けられている。第二ガイドローラ２０ｂは、コイルスプリング２１により図３において反時計回りに付勢されている。第二ガイドローラ２０ｂの上流側には第一ガイドローラ２０ａが設けられており、第二ガイドローラ２０ｂの下流側には第三ガイドローラ２０ｃが設けられている。ガイドローラ２０ａ・２０ｂは、フレーム２２に取り付けられている。ガイドローラ２０ａ・２０ｂ・２０ｃには、繊維束Ｆ１（Ｆ２）が巻き掛けられている。
コイルスプリング２１により第二ガイドローラ２０ｂが反時計回りに付勢されることによって、ブレイダー１０から芯材１００に向かって走行している繊維束Ｆ１（Ｆ２）に対して、その走行方向とは逆方向に張力Ｔが付与される。これにより、繊維束Ｆ１（Ｆ２）が弛むことが防止される。張力Ｔは、コイルスプリング２１の付勢力に応じた大きさを有する。なお、張力付与装置１８は、本実施形態のものに限定されない。
ブレイダー１０は、各繊維束Ｆ１・Ｆ２に対して、各張力付与装置１８による張力Ｔを付与しながら、各繊維束Ｆ１・Ｆ２を芯材１００の外周面に巻き付ける（図１参照）。

繊維束Ｆ１・Ｆ２は、ガラス繊維、アラミド繊維、カーボン繊維等からなる繊維束である。繊維束Ｆ１・Ｆ２には、熱可塑性樹脂（例えばポリエチレン樹脂）が付着されている。繊維束Ｆ１・Ｆ２に熱可塑性樹脂が付着された状態には、（ｉ）繊維束Ｆ１・Ｆ２に熱可塑性樹脂が含浸された状態、（ｉｉ）繊維束Ｆ１・Ｆ２が熱可塑性樹脂で被覆された状態、及び、（ｉｉｉ）繊維束Ｆ１・Ｆ２を構成する各繊維Ｆに対して熱可塑性樹脂からなる連続した樹脂繊維束Ｚが混合されて連続的な混合紡糸が形成された状態が含まれる（図４参照）。

図１及び図２に示すように、ブレイダー１０は、支持部材１２に対し、芯材１００を軸方向Ｍに相対移動させた状態で、すべての羽車１５を回転させて、各ボビンキャリア１４Ａ・１４Ｂを走行軌道Ｗ１・Ｗ２に沿って走行させることによって、各ボビンキャリア１４Ａ・１４Ｂと芯材１００との間に渡した各繊維束Ｆ１・Ｆ２を芯材１００の外周面に巻き付ける。

次に、加熱装置３０について説明する。

図５に示すように、加熱装置３０は、各繊維束Ｆ１・Ｆ２を加熱して、各繊維束Ｆ１・Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂を溶融させる。
加熱装置３０は、所定の加熱領域Ｘ内で、各繊維束Ｆ１・Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂を溶融させる。

加熱領域Ｘ内では、各繊維束Ｆ１・Ｆ２に対して各張力付与装置１８による張力Ｔが作用する。
本実施形態の加熱領域Ｘは、ブレイダー１０から供給された各繊維束Ｆ１・Ｆ２が芯材１００の外周面に到達する到達位置Ｐ１、及び到達位置Ｐ１の周辺の領域である。
加熱領域Ｘは、例えば、各繊維束Ｆ１・Ｆ２が芯材１００の外周面に到達する直前の位置Ｐ２と、各繊維束Ｆ１・Ｆ２が到達位置Ｐ１から芯材１００の軸回りに一周した位置Ｐ３と、の間の領域である。

加熱領域Ｘは、第一領域Ｘ１と、第二領域Ｘ２と、で構成される。

第一領域Ｘ１は、ブレイダー１０により各繊維束Ｆ１・Ｆ２が芯材１００の外周面に巻き付けられた領域のうちで、各繊維束Ｆ１・Ｆ２に対して各張力付与装置１８による張力Ｔが作用する領域である。
第一領域Ｘ１内では、各繊維束Ｆ１・Ｆ２に対して各張力付与装置１８による張力Ｔが作用することによって、各繊維束Ｆ１・Ｆ２に対してコンパクション力が付与される。
前記コンパクション力は、各繊維束Ｆ１・Ｆ２を各張力付与装置１８による張力で引っ張ることによって、各繊維束Ｆ１・Ｆ２を芯材１００の外周面に締め付ける力のことである。

第一領域Ｘ１内で各繊維束Ｆ１・Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂が溶融された場合、各繊維束Ｆ１・Ｆ２は、溶融された熱可塑性樹脂を含浸されると同時に、溶融された熱可塑性樹脂を含浸される領域に対して、前記コンパクション力を付与される。
これにより、繊維束Ｆ１・Ｆ２を構成する各繊維の間に空所が発生することを抑制でき、かつ、繊維束Ｆ１・Ｆ２と芯材１００の外周面との間に隙間が発生することを抑制が可能となる。

第二領域Ｘ２は、ブレイダー１０から供給された各繊維束Ｆ１・Ｆ２が芯材１００の外周面に到達する直前の領域である。
第二領域Ｘ２内で各繊維束Ｆ１・Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂が溶融された場合、各繊維束Ｆ１・Ｆ２は、溶融された熱可塑性樹脂を付着した状態で第一領域Ｘ１に到達して、第一領域Ｘ１に到達したときに前記コンパクション力を付与される。
これにより、繊維束Ｆ１・Ｆ２を構成する各繊維の間に空所が発生することを抑制でき、かつ、繊維束Ｆ１・Ｆ２と芯材１００の外周面との間に隙間が発生することを抑制が可能となる。

繊維構造体成形装置１は、加熱領域Ｘ内で、加熱装置３０により各繊維束Ｆ１・Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂を溶融させると共に、加熱領域Ｘ内で、各繊維束Ｆ１・Ｆ２に対して前記コンパクション力を付与することによって、各繊維束Ｆ１・Ｆ２から繊維構造体１１０を成形する。
これにより、金型を用いることなく繊維構造体１１０を成形することができ、簡便に繊維構造体１１０を成形することが可能となる。

繊維構造体１１０は、芯材１００の外周面上に成形され、芯材１００の外周面に沿った筒状の形状を有する。
繊維構造体１１０は、含浸された熱可塑性樹脂が冷却硬化されることによって、筒状に硬化して完成状態となる。繊維構造体１１０は、芯材１００の外周に強化繊維層を形成して、芯材１００の耐圧特性の向上を図る。

なお、上記背景技術の特許文献１（特開平７−９５９７号公報）に記載の装置は、加熱成形装置を用いて、繊維束から繊維構造体を加熱成形していた。しかし、前記加熱成形装置は、金型（ダイ部材）等を含んでおり、大型であった。このため、前記加熱成形装置による加熱成形が行われる領域に対して、ブレイダーによる繊維束の供給位置を近づけることが困難であった。
これにより、前記加熱成形装置は、ブレイダーによる繊維束の供給位置から離間しており、前記コンパクション力が生じないような領域で、繊維束を加熱していた。その結果、繊維束に付着された熱可塑性樹脂が溶融されたときに、繊維束を構成する各繊維の間に空所が発生し、かつ、繊維束と芯材の外周面との間に隙間が発生していた。

以下では、テープ材巻付装置３１について説明する。

図６（ａ）に示すように、繊維構造体成形装置１に関しては、繊維構造体１１０を成形した後、繊維構造体１１０の外周面に対して、テープ材巻付装置３１によりテープ材３２を巻き付けるように構成してもよい。
テープ材３２は、例えば、金属製のテープである。テープ材３２は、熱可塑性樹脂の融点では溶けないような素材で構成される。

テープ材巻付装置３１は、所定の巻付領域Ｇ内で、繊維構造体１１０の外周面に対してテープ材３２を巻き付ける。
巻付領域Ｇは、繊維構造体１１０に含浸された熱可塑性樹脂が溶融している領域である。巻付領域Ｇは、例えば、加熱領域Ｘの直後方の領域である（図５及び図６（ａ）参照）。これは、加熱領域Ｘの直後方では、繊維構造体１１０に含浸された熱可塑性樹脂が溶融している状態が保持されていると考えられるからである。

図６（ａ）、及び図６（ｂ）に示すように、テープ材３２は、芯材１００の軸方向Ｍに螺旋状に巻き付けられ、かつ、隣り合うテープ材３２が互いに重なる部分を有するように巻き付けられる。これにより、テープ材３２を繊維構造体１１０の外周面に対して、隙間無く巻き付けることが可能となる。

なお、図７に示すように、新たな加熱装置３３を設けて、新たな加熱装置３３により繊維構造体１１０を加熱しながら、テープ材巻付装置３１により繊維構造体１１０の外周面に対してテープ材３２を巻き付けるように構成してもよい。
この場合、新たな加熱装置３３とテープ材巻付装置３１を、繊維構造体１１０の外側に設置する。そして、新たな加熱装置３３とテープ材巻付装置３１を軸方向Ｍに移動させながら、芯材１００を軸回り方向Ｎに回転させる。これにより、新たな加熱装置３３により、繊維構造体１１０に含浸された熱可塑性樹脂が溶融されて、巻付領域Ｇが形成されると共に、テープ材巻付装置３１により、この巻付領域Ｇ内で、繊維構造体１１０の外周面に対してテープ材３２が巻き付けられる（図７参照）。
なお、芯材１００の内側に加熱装置を設け、前記加熱装置により芯材１００の内側から繊維構造体１１０を加熱して、繊維構造体１１０に含浸された熱可塑性樹脂を溶融させるように構成してもよい。

以上のように構成することで、テープ材巻付装置３１により繊維構造体１１０に対してテープ材３２が巻き付けられているときに、繊維構造体１１０の余剰部がテープ材３２により押し出されて、テープ材３２の外側部に盛り上がっていく。これにより、繊維構造体１１０の外周面を平坦に整えることが可能となる。なお、テープ材３２の巻き付け完了後は、テープ材３２の外側部に存在する盛り上がり部Ｆαを含む、繊維構造体１１０の端部１１０'が、不用部分として切断除去される（図６（ｂ）参照）。
また、繊維構造体１１０の外周面に対してテープ材３２を巻き付けることで、繊維構造体１１０に対して熱可塑性樹脂を、より確実に含浸させることができ、繊維構造体１１０の内部に、気泡や熱可塑性樹脂の未含浸部が生じることを、より確実に抑制することが可能となる。

［第二実施形態］
以下では、繊維構造体成形装置の第二実施形態である繊維構造体成形装置２について説明する。

繊維構造体成形装置２は、フィラメントワインディング装置４０のフープ巻装置５０と、張力付与装置５５と、加熱装置７０と、テープ材巻付装置と、を備える（図８及び図９参照）。

まず、フィラメントワインディング装置４０について説明する。

図８に示すように、フィラメントワインディング装置４０は、基台４１と、支持部４２と、フープ巻装置５０と、ヘリカル巻装置６０と、を備える。

基台４１には、筒状の芯材１００を案内する第一レール４３、及びフープ巻装置５０を案内する第二レール４４が設けられる。
実施例に記載される芯材１００はパイプであるが、本発明はこれに限定されず、タンクなどの中空容器であってもよい。

支持部４２は、ベース４５、支持台４６・４６、及び回転軸４７を有する。
ベース４５は、第一レール４３上に配置されており、第一レール４３上を摺動可能に構成されている。ベース４５には、ベース４５を摺動させるベース駆動装置（不図示）が接続されている。前記ベース駆動装置は、モータ、空圧シリンダ、又は油圧シリンダ等で構成される。ベース４５の上部には、支持台４６・４６が配置される。支持台４６・４６の間には、回転軸４７が配置されている。回転軸４７には、回転軸４７を回転させる回転軸駆動装置（不図示）が接続されている。前記回転軸駆動装置は、モータ等で構成される。回転軸４７には、芯材１００が取り付けられている。

フープ巻装置５０は、フープ巻きを行うものである。フープ巻きでは、繊維束Ｆ１の巻き付け角度が芯材１００の軸に対して略垂直となる。
図８及び図９に示すように、フープ巻装置５０は、フープフレーム５１、及び巻掛テーブル５２を有する。フープフレーム５１は、第二レール４４に係合している。フープフレーム５１には、芯材１００の通過可能な孔５１ａが形成されている。フープフレーム５１には、フープフレーム５１を摺動させるフレーム駆動装置（不図示）が接続されている。前記フレーム駆動装置は、モータ、空圧シリンダ、又は油圧シリンダ等で構成される。フープフレーム５１には、巻掛テーブル５２が回転可能に取り付けられている。巻掛テーブル５２には、繊維束Ｆ１が巻回されるボビン５３、ボビン５３の繊維束Ｆ１を芯材１００に案内する案内部材（不図示）等が設けられる。巻掛テーブル５２には、巻掛テーブル５２を芯材１００の軸回りに回転させるテーブル駆動装置５４が接続されている。テーブル駆動装置５４は、モータ等で構成される。

フープ巻装置５０には、各繊維束Ｆ１に張力Ｔを付与する張力付与装置５５がそれぞれ設けられている。張力付与装置５５は、例えば第一実施形態の張力付与装置１８と同様の構成を有している（図３参照）。
図９及び図１０に示すように、各張力付与装置５５は、フープ巻装置５０によるフープ巻きが行われているときに、フープ巻装置５０から芯材１００に向かって走行している各繊維束Ｆ１に対して、その走行方向とは逆方向に張力Ｔを付与する。これにより、各繊維束Ｆ１が弛むことが防止される。
フープ巻装置５０は、各繊維束Ｆ１に対して、各張力付与装置５５により張力Ｔを付与しながら、各繊維束Ｆ１を芯材１００の外周面に巻き付ける。

フープ巻装置５０によるフープ巻きは以下の手順で行われる。まず、各繊維束Ｆ１がボビン５３から引き出され、芯材１００に粘着テープで固定される。次に、前記フレーム駆動装置及びテーブル駆動装置５４が作動されることで、巻掛テーブル５２が、芯材１００の軸回り方向に回転されつつ、芯材１００の軸方向に摺動される。本実施形態では、巻掛テーブル５２が、芯材１００の軸回り方向一側Ｍ１に回転されつつ、芯材１００の軸方向一側Ｎ１に摺動される（図９及び図１０参照）。そして、芯材１００がフープフレーム５１の孔５１ａを通過することで、各繊維束Ｆ１が芯材１００の外周面に巻き付けられる。

ヘリカル巻装置６０は、ヘリカル巻きを行うものである。ヘリカル巻きでは、繊維束Ｆ２の巻き付け角度が、芯材１００の軸に対して所定の値θとなる（図１２参照）。
図８及び図１１に示すように、ヘリカル巻装置６０は、ヘリカルフレーム６１、及びヘリカルヘッド６２を有する。ヘリカルフレーム６１は、基台４１から立設しており、芯材１００の通過可能な孔６１ａが形成されている。ヘリカルフレーム６１には、ヘリカルヘッド６２が設けられる。
なお、本実施形態のヘリカル巻装置６０は、単数のヘリカルヘッド６２を備えているが、複数のヘリカルヘッドを備えていてもよい。

ヘリカルヘッド６２には、複数の糸道ガイド６３が設けられている。糸道ガイド６３は、孔６１ａの周方向に並置されている。糸道ガイド６３は、繊維束Ｆ２を芯材１００の外周へと案内する部材であり、繊維束Ｆ２が挿通可能な筒状に形成される。
各糸道ガイド６３は、図示しない各ボビンから各繊維束Ｆ２をそれぞれ供給される。

図１１に示すように、ヘリカル巻装置６０には、各繊維束Ｆ２に張力Ｔを付与する張力付与装置６４がそれぞれ設けられている。張力付与装置６４は、例えば、公知のニップ式テンション機構で構成される。
各張力付与装置６４は、ヘリカル巻装置６０によるヘリカル巻きが行われているときに、ヘリカル巻装置６０から芯材１００に向かって走行している各繊維束Ｆ２に対して、その走行方向とは逆方向に張力Ｔを付与する。これにより、各繊維束Ｆ２が弛むことが防止される。
ヘリカル巻装置６０は、各繊維束Ｆ２に対して、各張力付与装置６４により張力Ｔを付与しながら、各繊維束Ｆ２を芯材１００の外周面に巻き付ける。

ヘリカル巻装置６０によるヘリカル巻きは以下の手順で行われる。
まず、各繊維束Ｆ２が各糸道ガイド６３を介して引き出され、芯材１００に粘着テープで固定される。次に、前記ベース駆動装置及び前記回転軸駆動装置が作動されることで、芯材１００が軸回り方向に回転されつつ、軸方向に移動される。本実施形態では、芯材１００が、軸回り方向他側Ｍ２に回転されつつ、軸方向他側Ｎ２に移動される（図１１及び図１２参照）。そして、芯材１００が、ヘリカルフレーム６１の孔６１ａを通過することで、各繊維束Ｆ２が芯材１００の外周面に巻き付けられる。

繊維束Ｆ１・Ｆ２には、熱可塑性樹脂が付着されている。
本実施形態の繊維束Ｆ１・Ｆ２は、第一実施形態の繊維束Ｆ１・Ｆ２と同様の構成を有するので、その詳細な説明は省略する（図４参照）。

次に、加熱装置７０について説明する。

図９及び図１０に示すように、加熱装置７０は、フープ巻装置５０の巻掛テーブル５２に固定されており、巻掛テーブル５２と共に回転する。
加熱装置７０は、各繊維束Ｆ１を加熱して、各繊維束Ｆ１に付着された熱可塑性樹脂を溶融させる。
加熱装置７０は、所定の加熱領域Ｘ内で、各繊維束Ｆ１に付着された熱可塑性樹脂を溶融させる。

加熱領域Ｘ内では、各繊維束Ｆ１に対して各張力付与装置５５による張力Ｔが作用する。
本実施形態の加熱領域Ｘは、フープ巻装置５０から供給された各繊維束Ｆ１が芯材１００の外周面に到達する到達位置Ｐ１、及び到達位置Ｐ１の周辺の領域である。

第一領域Ｘ１は、フープ巻装置５０により各繊維束Ｆ１が芯材１００の外周面に巻き付けられた領域のうちで、各繊維束Ｆ１に対して各張力付与装置６４による張力Ｔが作用する領域である。
第一領域Ｘ１内では、各繊維束Ｆ１に対して各張力付与装置６４による張力Ｔが作用することによって、各繊維束Ｆ１に対してコンパクション力が付与される。
前記コンパクション力は、各繊維束Ｆ１を各張力付与装置５５による張力で引っ張ることによって、各繊維束Ｆ１を芯材１００の外周面に締め付ける力のことである。

第一領域Ｘ１内で各繊維束Ｆ１に付着された熱可塑性樹脂が溶融された場合、各繊維束Ｆ１は、溶融された熱可塑性樹脂を含浸されると同時に、溶融された熱可塑性樹脂を含浸される領域に対して、前記コンパクション力を付与される。
これにより、繊維束Ｆ１を構成する各繊維の間に空所が発生することを抑制でき、かつ、繊維束Ｆ１と芯材１００の外周面との間に隙間が発生することを抑制が可能となる。

第二領域Ｘ２は、フープ巻装置５０から供給された各繊維束Ｆ１が芯材１００の外周面に到達する直前の領域である。
第二領域Ｘ２内で各繊維束Ｆ１に付着された熱可塑性樹脂が溶融された場合、各繊維束Ｆ１は、溶融された熱可塑性樹脂を付着した状態で第一領域Ｘ１に到達して、第一領域Ｘ１に到達したときに前記コンパクション力を付与される。
これにより、繊維束Ｆ１を構成する各繊維の間に空所が発生することを抑制でき、かつ、繊維束Ｆ１と芯材１００の外周面との間に隙間が発生することを抑制が可能となる。

繊維構造体成形装置２は、加熱領域Ｘ内で、加熱装置７０により各繊維束Ｆ１に付着された熱可塑性樹脂を溶融させると共に、加熱領域Ｘ内で、各繊維束Ｆ１に対して前記コンパクション力を付与することによって、各繊維束Ｆ１から繊維構造体１２０を成形する。
これにより、金型を用いることなく繊維構造体１２０を成形することができ、簡便に繊維構造体１２０を成形することが可能となる。
なお、図１０においては、説明の便宜上、一本の繊維束Ｆ１を用いて繊維構造体１２０の成形過程を説明している。

繊維構造体１２０は、芯材１００の外周面上に成形され、芯材１００の外周面に沿った筒状の形状を有する。
繊維構造体１２０は、含浸された熱可塑性樹脂が冷却硬化されることによって、筒状に硬化して完成状態となる。繊維構造体１２０は、芯材１００の外周に強化繊維層を形成して、芯材１００の耐圧特性の向上を図る。

なお、繊維構造体成形装置２に関しては、繊維構造体１２０を成形した後に、繊維構造体１２０の外周面に対して、テープ材巻付装置によりテープ材を巻き付けるように構成してもよい。本実施形態のテープ材巻付装置及びテープ材は、第一実施形態のものと同様の構成を有する。
また、本実施形態の前記テープ材巻付装置は、第一実施形態のテープ材巻付装置３１と同様の手順でテープ材を巻き付ける（図６（ａ）〜図７参照）。
前記テープ材巻付装置は、所定の巻付領域Ｇ内で、繊維構造体１２０の外周面に対してテープ材を巻き付ける。所定の巻付領域Ｇは、繊維構造体１２０に含浸された熱可塑性樹脂が溶融している領域である。巻付領域Ｇは、例えば、加熱領域Ｘの直後方の領域である（図６（ａ）、及び図１０参照）。
なお、新たな加熱装置を設けて、前記新たな加熱装置により繊維構造体１２０を加熱しながら、前記テープ材巻付装置により繊維構造体１２０の外周面に対してテープ材を巻き付けるように構成してもよい（図７参照）。
前記テープ材巻付装置を設けることによって、第一実施形態でテープ材巻付装置３１を設けたときと同様の作用効果を奏する。

［第三実施形態］
以下では、繊維構造体成形装置の第三実施形態である繊維構造体成形装置３について説明する。

繊維構造体成形装置３は、フィラメントワインディング装置４０のヘリカル巻装置６０と、張力付与装置６４と、加熱装置８０と、テープ材巻付装置と、を備える。

本実施形態のフィラメントワインディング装置４０、及びヘリカル巻装置６０は、第二実施形態のものと同様の構成を有するので、その詳細な説明は省略する。

図１２に示すように、加熱装置８０は、各繊維束Ｆ２を加熱して、各繊維束Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂を溶融させる。
加熱装置８０は、所定の加熱領域Ｘ内で、各繊維束Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂を溶融させる。

加熱領域Ｘ内では、各繊維束Ｆ２に対して各張力付与装置６４による張力Ｔが作用する。
本実施形態の加熱領域Ｘは、ヘリカル巻装置６０から供給された各繊維束Ｆ２が芯材１００の外周面に到達する到達位置Ｐ１、及び到達位置Ｐ１の周辺の領域である。

第一領域Ｘ１は、ヘリカル巻装置６０により各繊維束Ｆ２が芯材１００の外周面に巻き付けられた領域のうちで、各繊維束Ｆ２に対して各張力付与装置６４による張力Ｔが作用する領域である。
第一領域Ｘ１内では、各繊維束Ｆ２に対して各張力付与装置６４による張力Ｔが作用することによって、各繊維束Ｆ２に対してコンパクション力が付与される。
前記コンパクション力は、各繊維束Ｆ２を各張力付与装置６４による張力で引っ張ることによって、各繊維束Ｆ２を芯材１００の外周面に締め付ける力のことである。

第一領域Ｘ１内で各繊維束Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂が溶融された場合、各繊維束Ｆ２は、溶融された熱可塑性樹脂を含浸されると同時に、溶融された熱可塑性樹脂を含浸される領域に対して、前記コンパクション力を付与される。
これにより、繊維束Ｆ２を構成する各繊維の間に空所が発生することを抑制でき、かつ、繊維束Ｆ２と芯材１００の外周面との間に隙間が発生することを抑制が可能となる。

第二領域Ｘ２は、ヘリカル巻装置６０から供給された各繊維束Ｆ２が芯材１００の外周面に到達する直前の領域である。
第二領域Ｘ２内で各繊維束Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂が溶融された場合、各繊維束Ｆ２は、溶融された熱可塑性樹脂を付着した状態で第一領域Ｘ１に到達して、第一領域Ｘ１に到達したときに前記コンパクション力を付与される。
これにより、繊維束Ｆ２を構成する各繊維の間に空所が発生することを抑制でき、かつ、繊維束Ｆ２と芯材１００の外周面との間に隙間が発生することを抑制が可能となる。

繊維構造体成形装置３は、加熱領域Ｘ内で、加熱装置８０により各繊維束Ｆ２に付着された熱可塑性樹脂を溶融させると共に、加熱領域Ｘ内で、各繊維束Ｆ２に対して前記コンパクション力を付与することによって、各繊維束Ｆ２から繊維構造体１３０を成形する。
これにより、金型を用いることなく繊維構造体１３０を成形することができ、簡便に繊維構造体１３０を成形することが可能となる。
なお、図１２においては、説明の便宜上、一本の繊維束Ｆ２を用いて繊維構造体１３０の成形過程を説明している。

繊維構造体１３０は、芯材１００の外周面上に成形され、芯材１００の外周面に沿った筒状の形状を有する。
繊維構造体１３０は、含浸された熱可塑性樹脂が冷却硬化されることによって、筒状に硬化して完成状態となる。繊維構造体１３０は、芯材１００の外周に強化繊維層を形成して、芯材１００の耐圧特性の向上を図る。

なお、繊維構造体成形装置３に関しては、繊維構造体１３０を成形した後、繊維構造体１３０の外周面に対して、テープ材巻付装置によりテープ材を巻き付けるように構成してもよい。本実施形態のテープ材巻付装置及びテープ材は、第一実施形態のものと同様の構成を有する。
本実施形態の前記テープ材巻付装置は、第一実施形態のテープ材巻付装置３１と同様の手順でテープ材を巻き付ける（図６（ａ）〜図７参照）。
前記テープ材巻付装置は、所定の巻付領域Ｇ内で、繊維構造体１３０の外周面に対してテープ材を巻き付ける。所定の巻付領域Ｇは、繊維構造体１３０に含浸された熱可塑性樹脂が溶融している領域である。巻付領域Ｇは、例えば、加熱領域Ｘの直後方の領域である（図６（ａ）及び図１２参照）。
なお、新たな加熱装置を設けて、前記新たな加熱装置により繊維構造体１３０を加熱しながら、前記テープ材巻付装置により繊維構造体１３０の外周面に対してテープ材を巻き付けるように構成してもよい（図７参照）。
前記テープ材巻付装置を設けることによって、第一実施形態でテープ材巻付装置３１を設けたときと同様の作用効果を奏する。

１・２・３繊維構造体成形装置
１０ブレイダー（巻付装置）
５０フープ巻装置（巻付装置）
６０ヘリカル巻装置（巻付装置）
１８・５５・６４張力付与装置
３０・７０・８０加熱装置
１００芯材
Ｆ１・Ｆ２繊維束

Claims

熱可塑性樹脂が付着された繊維束を芯材の外周面に巻き付ける巻付装置と、
前記巻付装置により前記繊維束が前記芯材の外周面に巻き付けられているときに、前記巻付装置から前記芯材に向かって走行している前記繊維束に対して張力を付与する張力付与装置と、
前記繊維束に対して前記張力付与装置による張力が作用する所定の加熱領域内で、前記繊維束に付着された前記熱可塑性樹脂を溶融させる加熱装置と、
を備えることを特徴とする繊維構造体成形装置。
前記加熱領域は、前記巻付装置から供給された前記繊維束が前記芯材の外周面に到達する到達位置、及び前記到達位置の周辺の領域であることを特徴とする、
請求項１に記載の繊維構造体成形装置。
前記巻付装置は、ブレイダー、フィラメントワインディング装置のフープ巻装置、又は、フィラメントワインディング装置のヘリカル巻装置であることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の繊維構造体成形装置。
前記加熱領域内で、前記加熱装置により前記繊維束に付着された前記熱可塑性樹脂を溶融させると共に、前記加熱領域内で、前記繊維束に対して、前記張力付与装置による張力で前記芯材の外周面に締め付けるコンパクション力を付与することによって、前記繊維束から繊維構造体を成形することを特徴とする、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維構造体成形装置。
前記繊維構造体に含浸された前記熱可塑性樹脂が溶融している所定の巻付領域内で、前記繊維構造体の外周面に対してテープ材を巻き付けるテープ材巻付装置を備えることを特徴とする、
請求項４に記載の繊維構造体成形装置。